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© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 95 (2018), Heft 1 27
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DOI: 10.1002 / bate.201700095
BERICHTUrs Brunold, Beat Joss
Oakland Bay Bridge – Rückbau der 504′-Brückenfelder
1 Einführung
1936 wurde die Oakland Bay Bridge als die damals längste Brücke der Welt dem Verkehr übergeben. Bestehend aus drei Abschnitten, „West Crossing“ „Yerab Buena Island Segment“ und „East Crossing“, verbindet sie San Francisco über eine Distanz von 13,7 km mit Oakland.
Die Okaland Bay Bridge ist heute als historisches Bau-werk im „National Register of Historic Places“ mit dem Vermerk als eine der größten und wichtigsten histori-schen Brücken der Vereinigten Staaten geführt [1].
Der Westteil der Brücke wurde 1999 in einem fünf Jahre dauernden Projekt den seismischen Anforderungen der Region angepasst. Der Ostteil der Brücke wurde bei einem Erdbeben 1989 beschädigt. In der Folge entschied
die zuständige Behörde (Caltrans), den gesamten 3,4 km langen Ostteil der Oakland Bay Bridge zu ersetzen.
Nach Inverkehrsnahme des neuen Ostteils in 2013 wurde im Nachgang der wiederum aus drei Abschnitten beste-
Der 3,4 km lange östliche Teil der um 1936 in Verkehr gesetzten Brücke zwischen San Francisco und Oakland wurde 2013 nach mehreren Jahren Bauzeit durch eine neue, nach modernem Stand der Technik erbauten Brücke ersetzt. Die drei Haupt-abschnitte der historischen Brückenkonstruktion wurden im Nachgang zum Rückbau freigegeben.Für den Rückbau der fünf 504′ (154 m) langen und ca. 1 680 t schweren Brückenfelder wurde Litzenhebertechnik ange-wandt. Die Felder wurden in fünf Vorgängen von ihren ur-sprünglichen Lagen auf Lastkähne abgesenkt. Mittels der Last-kähne wurden dann diese Brückenfelder in einen Hafenbereich verbracht, wo diese zerlegt wurden und der Stahl anschließend einem Recyclingzyklus zufloss.Einflussgrößen wie der genietete starre Brückenkörper, Ver-ankerung von Reaktionslasten unter erschwerten Platzverhält-nissen, Arbeiten über Wasser, eingeschränkte Montagemittel, Zeitpläne, Wettereinflüsse usw. bestimmten Ausführung und Arbeitsplan.Für die Absenkung der Brückenfelder wurde ein computerge-steuertes Litzenhebersystem eingesetzt, welches an den vier Hauptauflagepunkten der jeweiligen Brückenfelder aufgebaut wurde. Gleichzeitig wurden zusätzliche Litzenheber zur not-wendigen Rückverankerung eingesetzt. Um den Umbau für die jeweils nächste Absenkung zu vereinfachen, wurden die Absenkheber zusammen mit einer Vorrichtung zum Auf- und Abrollen der Litzen auf demontierbaren Plattformen aufgebaut.Die eingesetzte Technik trug dazu bei, den für die Arbeiten vor-gesehenen Zeitrahmen von 14 auf acht Monate zu verkürzen.
Keywords Litzenheber; Schwerlast; Rückbau; Brückenbau; Spezialbau
Oakland Bay Bridge – demolishing of 504’ spansThe 3.4 km long eastern part of the 1936 opened bridge be-tween San Francisco and Oakland was, after several years construction phase, in 2013 replaced by a new state of the art built bridge. Subsequently the three main sections of the historic bridge construction were released for deconstruction.For the demolition of the five 504′ (154 m) long and approx. 1 680 metric tons weighing spans strand jack technique was applied. The spans were lowered down from their origin posi-tion to barges within five lowering cycles. By the barges the spans were then shipped into harbour area were the structures were stripped down and from where the steel was brought into a recycling chain.Factors like the rigid riveted span structure, anchoring of reaction loads under adverse space conditions, working above open water, restricted erection appliances, time schedules, weather conditions etc. did determine execution and work schedules.For the lowering of the bridge spans a computer controlled strand jack system was applied, which was installed at the four main support points of the respective span to lower. Concur-rently, additional strand jacks were used for the necessary tie back bracing. To simplify the installation for the next lowering cycle the strand jacks together with a device to roll the strand bundles up and off were fixed on to a removable platform.The applied technique was conducive to reduce the originally scheduled time frame from 14 down to eight months’ time.
Keywords strand jack; heavy load; heavy lifting; deconstruction demolishing; bridge construction; structures
Bild 1 Brückensegment AbsenkungBridge span lowering
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symmetrischen Lastverteilung vorgesehen. Die Brücken-segmente weisen in Richtung Westen eine Steigung von 2,7–1,3 % auf, was zu einer unterschiedlichen Absenkdis-tanz von ca. 54 m für das erste und 39 m für das letzte Segment führt bzw. auf die Segmentlage eine Niveaudiffe-renz von bis zu 4 m ergab. Auf die ursprüngliche Lage bezogen, waren während des Absenkens Niveauabwei-chungen von 0,9 m über Länge und Breite sowie 0,3 m über die Diagonale einzuhalten.
Kennzahlen:– Absenklast: 1 800 t– Absenkdistanz: 54–39 m– Anschlagpunkte: 4– Rückhaltepunkte: 4– Absenkdauer: 1 d (1 d Reserve)– Erlaubte Distanzabweichungen:
quer und längs 0,9 m, diagonal 0,3 m
Mit dem Einsatz von Geräteplattformen, welche direkt auf die Brückenpfeiler gebaut wurden, konnten aufwändi-gere temporäre Konstruktionen zum Abtragen der Lasten umgangen werden. Die Ausführung der Plattform beding-te eine Einrichtung zur Verankerung bzw. zur Rückhal-tung, um das System im Gleichgewicht zu halten.
hende historische Ostteil zum Rückbau freigegeben. Für den Rückbau der fünf 504′ (154 m) langen und ca. 1 680 t schweren Brückenfelder wurde Litzenhebertechnik ange-wandt.
2 504′-Brückenfelder absenken
2.1 Anforderungen
Einflussgrößen wie der genietete starre Brückenkörper, Verankerung von Reaktionslasten unter erschwerten Platzverhältnissen, Arbeiten über Wasser, eingeschränkte Montagemittel, Zeitpläne, Wettereinflüsse usw. bestimm-ten Ausführung und Arbeitsplan.
Der Rückbau sollte von Ost nach West erfolgen, ein-schließlich der jeweiligen Verstärkungs-, Fahrbahn-abbruch-, Umbau- und Einrichtungsarbeiten. Die fünf 504′-Brückensegmente waren innerhalb einer Vorgabe-zeit von 14 Monaten abzusenken.
Das Absenkgewicht der Brückensegmente wurde in der Planungsphase mit 1 800 t (3 950 kip) berechnet. Zur Ab-senkung wurden vier Anschlagpunkte mit einer nahezu
Bild 2 Oakland Bay Bridge 4/2003Oakland Bay Bridge 4/2003
Bild 3 Neue Brücke im Bau 4/2003New bridge under construction 4/2013
Bild 4 Neue und alte Brücke mit 504′-Brückenfeldern 4/2014New and old bridge with 504’ spans
Bild 5 Brückenfelder 504′ Spans504′ bridge spans
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Bild 6 Ansteigende BrückenkonstruktionAscending bridge structure
Quelle: Design Auszug Foothills Bridge
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2.2 Ausrüstung
Für den Absenkvorgang wurden vier Litzenheber als Ab-senkheber mit jeweils 6 000 kN Kapazität ausgewählt. Diese Heber sind spezifisch für Absenkvorgänge mit einem halb automatischen System versehen, welches die Klemmmechanismen der Heber betätigt. Zu jeder Absenk-position wurde ein zweiter Heber zur Rückverankerung der Absenklast vorgesehen. Absenkdistanzen wurden ei-nerseits über Lasermessgeräte und andererseits – zur Absi-cherung gegen Ausfall der Messung – mit Stahlmessbän-dern kontrolliert. Zur Bedienung der Anlage wurde eine zentrale speicherprogrammierbare Steuerung mit Visuali-sierung der Zylinderhübe, Hydraulikdrücke und Absenk-distanzen eingesetzt.
Gerätschaften– vier Absenkheber HA-600, ausgerüstet für halb auto-
matisches Absenken mit Hubweg- und Druckmes-sung, 6 000 kN Lastkapazität, 55 Litzen/Heber
– vier Rückhalteheber H-600, ausgerüstet mit Druck-messung, 6 000 kN Lastkapazität, 55 Litzen/Heber
Als Dauer für die eigentlichen Absenkvorgänge wurden 2 d vorgesehen. Erster d zum Absenken, zweiter d zur Ausrichtung und Übergabe auf die Lastkähne.
Bild 7 Prinzip Absenk-Litzenheber mit RückhaltungLowering strand jack with tie-back prinziple
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Bild 8 GeräteplattformEquipment platform
Bild 9 AnschlagknotenSuspension gusset
Bild 10 Geräteplattform während MontageEquipment platform during installation
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Als weiterer Vorbereitungsschritt wurde der gesamte Be-tonbelag der Fahrbahnen zurückgebaut. Zur Sicherheit und auch zum Gewässerschutz wurde dazu unter die Brückenfelder eine Fallsicherung installiert.
Für die Absenkung des ersten Brückensegments wurden die Geräte zunächst auf einem Vormontageplatz vorbe-reitet und zusammengestellt.
Jeweils ein Absenkheber und eine Litzenführung wurden mit einem Litzenaufrollkorb auf eine gemeinsame Stahl-platte verschraubt. Diese Einheiten wurden um ca. 1,5 m leicht erhöht aufgebaut. Die in Rollen angelieferten Stahl-litzen wurden ausgezogen und fortlaufend auf entspre-chende Längen für die Absenk- und Rückhaltepositionen zugeschnitten und in Litzenbunde zu 55 Litzen ausgelegt. Jeweils ein Litzenbund wurde dann von unten durch die Endverankerung in die erhöht aufgebauten Absenkheber
– acht Endverankerungen EV-55– vier hydraulisch-elektrische Pumpaggregate mit vier
Hydraulikkreisläufen zu je 30 l/min Förderleistung– vier Litzenaufwickler mit Litzenführungen– vier Lasermessvorrichtungen– ein Steuertisch mit speicherprogrammierbarer Steue-
rung und Touchscreen zur Bedienung– 50 t Litzen Typ ASTM A416, ∅ 0,6′
2.3 Montage-Vorbereitung
Die Anschlagpunkte für die Absenkeinheiten wurden ca. 4 m von den ursprünglichen Brückenlagern entfernt an-gebaut. Die daraus verminderten statischen Bedingungen erforderten Verstärkungsmaßnahmen am ursprünglichen Fachwerk, welche vorgängig zu der Gerätemontage aus-geführt wurden.
Bild 11 Prinzip VorbereitungPreparation principle
Bild 12 Hängegerüst als FallsicherungSuspended scaffold as fall arrester
Bild 13 Beispiel: Aufrollen der Litzen in ähnlicher SituationExample: take-up of strands at similar situation
Bild 14 Fertig vorbereitete Absenkeinheiten HTEReady preinstalled HTE lowering units
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Im unteren Bereich des Fachwerks wurden Pressen ange-bracht, welche während des späteren Trennens der Zug-bänder die Zugkräfte übernehmen.
In weiterer Folge wurden die Steuerung und die Wegmes-sung installiert. Die gesamte Anlage war mit einer zentra-len Einheit zu bedienen, welche bei jeder Absenkung auf der vom Land her zugänglichen Ostseite positioniert wurde. Die Datenverbindung zu der gegenüberliegenden Seite erfolgte über ein Datenkabel. Zur Absicherung war die gesamte Absenkanlage so aufgebaut, dass Ost- und Westseite ohne zentrale Steuerung unabhängig bedienbar waren. Für die Wegdistanzmessung wurden vier Laserge-räte mit auf den Brückenträgern angebrachten Reflekto-ren verwendet. Die Visualisierung der Messung erfolgte über die Gerätesteuerung.
2.4 Absenkvorgang
2.4.1 Lastübernahme
Sämtliche Litzen der Absenk- und Rückhalteheber wur-den zuerst gleichmäßig auf geringen Zug vorgespannt.
bis über die Klemmensysteme hinaus eingeführt. Mittels der Hydraulik des Absenkhebers wurde dann der gesamte Litzenbund über die Litzenführung in den Aufrollkorb gefördert.
In diesem Zustand sind die vier Einheiten Montage be-reit. Diese wurden am Tage vor dem Aufbau auf Lastkäh-ne verladen und zu der Brücke transportiert.
Mit einem Schwimmkran wurden die Einheiten in jeweils einem Hub zur Installation auf die vorbereiteten Podeste gehoben.
Die Litzenheber zur Rückverankerung wurden ebenfalls auf dem Vormontageplatz mit den Litzen ausgerüstet. Die zwei Heber für die Seeseite wurden zusammen mit den Litzenbündeln auf einen Lastkahn verladen, die Litzen-bunde in ihrer Länge ausgelegt. Diese Rückverankerungs-einheiten wurden wiederum vom Schwimmkran in einem Hub auf die Plattformen montiert. Die verbleibenden Rückverankerungseinheiten mit den kurzen Litzenele-menten wurden mit Lkw transportiert und von der Land-seite her mit einem Mobilkran installiert.
Bild 15 Absenkeinheit am Hacken HTEHooked-up HTE lowering unit
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Bild 16 Voll ausgerüstete AbsenkpositionFully equiped lowering position
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Bild 17 Entlastungspressen mit bereits getrennten ZugbändernTension release jacks with already detached tie bars
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Bild 18 Abgestufter Schnitt wird ausgeführtExecution of shelf cut
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2.4.2 Trennen
Zuerst wurden untere horizontale Diagonalverbände ge-trennt und die Pressen an den Zugbändern vorgespannt. Darauf folgte ein abgestufter Schnitt an den vertikalen Hauptträgern. Damit wurde erreicht, dass in den Litzen-hebern eine kontrollierte finale Lastübernahme erfolgte. Das ganze Gewicht der Brücke wurde nun durch die Lit-zenheber gehalten.
Weiter wurden die Zugbänder zwischen den vorgespann-ten Pressen getrennt, die Pressen entlastet und somit die horizontalen Zugkräfte aufgehoben. Schließlich wurden die Stufen aus den Hauptträgern entfernt und die letzte Verbindung der spannungsfreien Zugbänder gekappt.
2.4.3 Absenken und Ausrichten
Das Absenken erfolgte in einer Tagesschicht. Während des Vorgangs wurden laufend die zurückgelegte Distanz und die Lasten in den Absenk- und den Rückhaltehebern kontrolliert. Bedingt durch die relativ steife Nietkonstruk-tion führten bereits kleinere Wegdifferenzen zu Lastab-weichungen. Dies erforderte ein drei- bis viermaliges kur-zes Ausrichten der Lage während des Absenkens, indem der oder die Punkte mit geringster Last leicht angehoben und ein neuer Absenkzyklus aufgenommen wurde. Die Korrektur mit dem Absenkheber beeinflusste unmittelbar die Rückhalteheber, sodass bei diesen keine weiteren Korrekturen notwendig waren.
2.4.4 Lastabgabe und Lösen der Anschlagpunkte
Unter Anleitung des Lastkahnführers erfolgte ca. 0,3 m vor dem Erreichen der Stützkonstruktionen der Lastkäh-ne eine letzte Ausrichtung der horizontalen Lage. Da-nach wurde weiter bis zum Kontakt mit den Lastkahn-stützen abgesenkt. Die Lastabgabe wurde einzeln an West- und Ostseite des Brückenfelds bis zur völligen Ent-lastung der Litzenbunde vorgenommen. Die Übertragung
Die eigentliche Lastübernahme erfolgte dann an jedem Pfeiler schrittweise. In einem ersten Schritt wurde der Rückhalteheber auf ca. 40 % des errechneten Sollwerts belastet. Danach wurden abwechselnd Absenk- und Rückhalteheber auf die spezifizierten Lasten vorgespannt.
Bild 19 Trennen der Zugbänder nach EntlastungCutting of tie bars after tension release
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Bild 20 Brückensegment getrenntBridge span disconnected
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Bild 21 AbsenkenLowering
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Einsatz war deshalb nur für die Hydraulikaggregate und Steuerungskomponenten sowie für die Generatoren not-wendig.
3 Fazit
Nach der ersten Absenkung waren die Arbeitsvorgänge eingespielt, wo notwendig wurden Abstimmungen und Korrekturen vorgenommen. Die Absenkung der vier wei-teren Brückensegmente wurde vom Trennen bis zum Ausfahren mit den Lastkähnen in einer Tagesschicht durchgeführt.
Mit dem gewählten Rückbauprozess konnte die Umwelt- und Gewässerbelastung stark minimiert werden. Die Stahlkonstruktionen wurden in einem eingerichteten Rückbaubereich zerteilt, der rückgebaute Stahl im An-schluss einem Recycling zugeführt.
Die eingesetzte Technik trug dazu bei, den für die Arbei-ten vorgesehenen Zeitrahmen von 14 auf acht Monate zu verkürzen.
Planungsauszüge und BilderCEC California Engineering Contractors, Pleasonton, Kalifornien USAFoothills Bridge Co. Boulder, Colorado USA
Literatur
[1] Middlebrook, R. F.; Mladjou, R. V. (2014) The San Fran-cisco – Oakland Bay Bridge in: Structure Magazine, No. 2.
AutorenUrs BrunoldTechniker TS mit Eidg. Fachausweis, Hebetec Engineering AGSagi 1, 3324 Hindelbank, [email protected]
Beat JossEidg. Dipl Bauingenieur HTL/NDS BWL FH, Hebetec Engineering AGSagi 1, 3324 Hindelbank, [email protected]
der Lasten in die Endverankerungen der Absenkheber erfolgte über zweigeteilte Grundplatten. Diese waren unter dem Anschlagpunkt mit einer Schiene gesichert. Nachdem die Litzenbunde mit den Endverankerungen entlastet und um ca. 0,3 m unter das Niveau der Grund-platte abgesenkt waren, wurden die Grundplatten auf den Schienen beidseits nach außen gezogen. Die freigegebene Öffnung erlaubte, dass die Litzenbunde ungehindert wie-der durch die Stahlstruktur nach oben gehoben werden konnten. Das Abhängen der Last mit dem Hochheben der Verankerungen aus dem sensiblen Bereich dauerte für das ganze Brückenelement nicht länger als 40 min.
2.5 Umbau-Vorbereitung
Das Zusammenstellen der Hauptkomponenten zu einer Absenkeinheit während der Vorbereitungsphase verklei-nerte den Aufwand zum Umbau für die Absenkung des nächsten Brückensegments wesentlich. Nach Beendigung des Absenkvorgangs wurden die Litzenbunde mit den Endverankerungen mithilfe der Litzenheber-Hydraulik auf die erforderliche Höhe für den Wiedereinbau hochge-zogen. Somit konnten die Absenkeinheiten innert kürzes-ter Zeit direkt mit dem Schwimmkran auf die bereits vorbereiteten Plattformen des nächsten Brückensegments gebaut werden. Eine Zwischenlagerung bis zum nächsten
Bild 22 Absenken, vor Abgabe auf LastkahnLowering before delivery to barge
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Bild 23 Litzen werden zur Umbau-Vorbereitung angehobenStrands being lifted-up to prepare reinstallation
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Bild 24 Drei Einheiten umgebaut nach erfolgter AbsenkungThree units reinstalled after finalized lowering
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195. Jahrgang Januar 2018 ISSN 0932-8351 A 1556
- Instrumentierte Bauwerksüberwachung im Kontext historischer Bauten- Stahlbeton-Dachtragwerke – eine typische Konstruktionsform der Nachkriegszeit- Tragwerksplanung beim Rückbau von Spannbetonbrücken- Oakland Bay Bridge, Rückbau der 504´ Brückenfelder- Rückbau von Spannbeton-Talbrücken mit Vorschubgerüst- Messtechnische Überwachung bei Baumaßnahmen- Ein Fundament für Hamburgs Sterne- Herausforderungen einer innerstädtischen tiefen Trogbaugrube- Der Turm des Beyer-Baus zu Dresden
BautechnikZeitschrift für den gesamten Ingenieurbau
BAUKONGRESS 2 018 Verleihung des KOOP-Award19.–20. April 2018, Austria Center Vienna Ernst & Sohn: Stand 29
